Фазовая самомодуляция ( ФСМ ) и перекрестная фазовая модуляция ( ФКМ )

Одним из первых нелинейных эффектов, который начинает проявляться при мощности оптического сигнала примерно 8...10 мВт, является самомодуляция, _или автомодуляция, фазы оптической несущей — ФСМ (SPM). Это явление возникает вследствие изменения показателя преломления сердечника. В свою очередь изменение показателя преломления обусловлено большой плотностью мощности, при которой в структуре сердечника существует сильное электромагнитное поле, воздействующее на движение электронов. Если для линейной среды показатель преломления (в этом выражении Ъ, — диэлектрическая проницаемость, ц — магнитная проницаемость вещества [28]), то для нелинейной это выражение приобретает более сложный характер. Поскольку при движении оптического импульса вдоль волокна непрерывно изменяется п,(Р|), то изменяется также постоянная распространения оптической несущей, что приводит к непрерывному изменению фазы. Как известно, изменение фазы эквивалентно изменению частоты. Очевидно, что при этом происходит расширение спектра сигнала и сужение оптического импульса. Самомодуляция фазы заметно проявляется при длительности оптических импульсов т„ Z100 пс. При длительности т_и = 10...20 пс сужение может достигать двух—трех и более раз. В результате чего импульсы могут даже раздваиваться. Кроме того, на фронтах импульсов могут возникать осцилляции, как, например, это показано на рис. 6.15 [31].

Если в волокне распространяются две оптические волны и каждая из них име­ет мощность порядка 10 мВт и более, то нелинейность среды вызывает взаимодей­ствие этих волн. Оно возникает вследствие изменения показателя преломления, которое также приводит к самомодуляции фазы каждой волны. При этом мощность одной из волн вызывает фазовую модуляция не только собственного сигнала, но и соседнего. Это влияние носит взаимный характер и называется перекрестной фазовой модуляцией или фазовой кросс-модуляцией — ФКМ (СРМ).

Вернемся к явлению самомодуляции фазы одной световой волны. Возникнове­ние осцилляции на фронтах импульса вызвано так называемой волновой неустой­чивостью. Выше было отмечено, что при ФСМ происходит расширение спектра оптического импульса. При этом более Длинноволновые составляющие спектра движутся с большей скоростью по срав­нению с коротковолновыми. В результате обе составляющие спектра интер­ферируют, чем и вызываются осцилляции. Поскольку среда в данном случае нелинейная, смещение частот приводит к возникновению новых частот:

.  и  Таким образом, кроме Двух составляющих в спектре появляются еще две. При дальнейшем распространении происходит их взаимодействие, приводящее к усложнению процесса и обогащению спектра новыми составляющими.